En se détachant des lois de la physique classique, la physique quantique a ouvert la porte à décrire le comportement des atomes et des particules. Cette science, qui explore les éléments constitutifs les plus fondamentaux de la nature, repose en particulier sur la capacité de mesurer leurs propriétés individuelles et collectives.
Mais de telles mesures sont notoirement difficiles: les instruments utilisés sont eux-mêmes régis par les lois quantiques, et leur interaction avec les particules peut modifier les propriétés mêmes qu'ils sont censés observer.
« Le domaine des mesures quantiques est encore mal compris car il n'a pas reçu peu d'attention jusqu'à présent. Jusqu'à présent, la recherche s'est principalement concentrée sur les états des systèmes quantiques eux-mêmes, qui présentent des propriétés – comme enchevêtrement ou une superposition – qui sont plus directement applicables à des domaines tels que la cryptographie quantique ou le quantitum Computing » Faculté des sciences.
Particules liées par un fil invisible
Ces mesures sont essentielles pour le développement de technologies futures telles que la communication quantique, qui s'appuie sur le codage des informations dans, par exemple, des particules de lumière (photons). Pour accéder à ces informations, les particules doivent d'abord être mesurées. Une question centrale est de savoir s'il est possible d'effectuer une mesure articulaire sur deux ou plusieurs particules distinctes – chacune transportant une partie des informations – sans les rassembler physiquement.
Dans leur nouvelle étude publiée dans Revue physique xl'équipe du département de physique Unige composée de Jef Pauwels, Pozas Kerstjens, Flavio del Santo et Nicolas Gisin, démontre que certaines mesures simples mais fondamentales peuvent être effectuées sur des systèmes de particules séparés, tant que les dispositifs de mesure partagent des particules enchevêtrées.
Enchevêtrement, une pierre angulaire de la physique quantique, relie deux particules ou plus pour que l'état de l'un détermine instantanément l'état de l'autre. La mesure d'une particule révèle immédiatement la propriété correspondante dans l'autre, quelle que soit la distance entre elles.
« Cependant, il y a une torsion: en fonction de leur complexité, certaines mesures nécessitent plus – ou moins – des particules entangées à effectuer correctement », explique Pozas Kerstjens. Pour y remédier, l'équipe de recherche a développé un système de classification – une sorte de catalogue – qui trace différents types de mesures et les ressources d'enchevêtrement nécessaires pour les réaliser.
Applications prometteuses
Ces résultats représentent une étape vers une compréhension plus systématique des mesures dans les systèmes quantiques. Ils pouvaient trouver des applications non seulement dans la communication quantique mais aussi dans l'informatique quantique. Par exemple, dans les simulations informatiques classiques, les calculs sont divisés sur plusieurs machines, et les résultats sont ensuite réunis.
Une approche similaire est considérée pour les ordinateurs quantiques, mais ici, la lecture des résultats implique d'effectuer des mesures sur plusieurs machines.
« Grâce à nos protocoles conjoints de mesure à distance, il serait possible d'éliminer le besoin de centralisation: chaque ordinateur quantique mesurerait sa propre pièce, et le résultat global pourrait être reconstruit sans aucun transfert physique de données. Il s'agit d'une direction prometteuse que nous prévoyons d'explorer davantage », conclut le chercheur.
